高壓公用變壓器故障分析及改進

羅 壯

(遼寧石化職業(yè)技術學院，遼寧 錦州 121001)

1 引言

某公司共有六臺高壓公用變壓器，其中#1高壓公用變壓器的型號為SFF3—31500/20，5月10日，#1高壓公用變壓器輕瓦斯動作。經(jīng)變壓器油中溶解氣體的色譜分析總烴及乙炔等氣體含量嚴重超標見表1。變壓器必須停電檢修。

表1 物質(zhì)中色譜分析總烴及乙炔等氣體含量

2 分接開關及鐵芯線圈檢查

根據(jù)色譜分析結(jié)果可斷定，變壓器內(nèi)一定有放電過熱的地方。所以吊罩后首先對變壓器的分接開關進行查看。發(fā)現(xiàn)分接開關的動觸頭，靜觸頭表面光滑，接觸緊密，金屬表面無變色，無燒蝕無虛接過熱痕跡;變壓器內(nèi)的各個焊接頭非常牢固，絕緣距離合乎要求。

當檢修人員蹬上變壓器上端，俯視變壓器鐵芯時，發(fā)現(xiàn)A相壓板偏移。鐵芯與線圈頂端的壓板幾乎接在一起，如圖1所示。并且在鐵芯與壓板的距離最近處有放電痕跡。同時也發(fā)現(xiàn)B、C兩相的壓板也發(fā)生了不同程度的偏移。只不過偏移的距離不大，沒有達到鐵芯與壓板之間能放電的程度。壓板的正確位置應為它的內(nèi)圓與鐵芯的距離應是均勻的。放電的位置就是故障點所在。

圖1 俯視變壓器鐵芯圖

3 故障分析

(1)壓釘松動

變壓器在運行中鐵芯不僅發(fā)熱，而且還受到電磁振動。因為振動，使固定壓板的壓釘松動，壓釘松動后，壓板就會在電磁振動下逐漸移位。最后壓板內(nèi)側(cè)與鐵芯靠在一起，發(fā)生放電。壓板的材質(zhì)為鋼板，壓板與上夾件之間用金屬片連接，而壓板與壓釘之間有一個絕緣墊。因為壓釘?shù)纳隙藬Q在上夾件的螺絲孔內(nèi)，所有壓釘又通過上夾件接地。壓板的型狀是一個有缺口的圓環(huán)，在壓板的缺口處，由于受到繞組與鐵芯的感應而產(chǎn)生一匝感應電勢。如果壓釘與壓板之間的絕緣損壞，那么壓板上的感應電勢會通過壓釘與上夾件形成短路，產(chǎn)生短路電流。鐵芯正常情況下只有一點接地。當它與壓板靠在一起，那么部分鐵芯形成閉合回路，使鐵芯局部過熱。同理壓板也會因此局部過熱。一般情況下，變壓器油及絕緣材料在變壓器運行中會逐漸老化而分解，并慢慢地產(chǎn)生少量的低分子烴類，一氧化碳和二氧化碳氣體。這此氣體大部分溶解在油中。當變壓器內(nèi)部發(fā)生過熱或放電故障時，會加快產(chǎn)生這種氣體的速度。一但產(chǎn)生氣體數(shù)量大于溶解于油中的數(shù)量時，便會有一部分氣體進入氣體繼電器，使輕瓦斯動作。

1#高壓公用變壓器出現(xiàn)輕瓦斯動作后，所有負荷被減掉，使其處于空載狀態(tài)，此時的產(chǎn)氣數(shù)率降低。變壓器空載時，有兩種磁通:一種是與兩個繞組都相磁鏈的，在鐵芯內(nèi)成閉合回路的主磁通;另一種是與一次繞組相磁鏈的以非磁性物質(zhì)為閉合回路的一次繞組漏磁通。而漏磁通的大小直接與一次電流I1的大小成正比。空載時一次電流的數(shù)值很小，這時的感應電勢有三個組成部分:主磁通產(chǎn)生的感應電勢，它又分為一次繞組感應電勢，其有效值為E1=4.44fw1Φm和二次繞組感應電勢其有效值為E2=4.44fw2Φm。一次繞組漏磁通感應電勢其有效值為和電阻電勢，其有效值為Eil=I1r1。在空載時，只有空載電流I0流過一次繞組，產(chǎn)生磁動勢F0=I0W1。在F0作用下產(chǎn)生主磁通Φ，并感應出電勢E1與外加電壓U1相平衡。二次繞組中只有感應電勢E2沒有電流。在二次繞組接上負載后，有電流 I2流過。產(chǎn)生磁勢 F2=I2W2。由于F2與F0作用在同一個閉合鐵芯時，會使主磁通Φ產(chǎn)生變化的趨勢。主磁通一但發(fā)生變化，那么電勢的平衡狀態(tài)就會被破壞。而在外加電壓 U1的作用下主磁通是不能發(fā)生變化的。為了保持電勢的平衡一次繞組中的電流會增大，以保證主磁通不變，使電勢得到平衡。變壓器有負載時，外加電壓U1與一次繞組主磁通感應電勢E1，漏磁通感應電勢EIL電阻電勢Eir相平衡即U1=(E1+EIL+Eir)三個電勢中E1是主要的。而EIL和EIr與空載時相比，數(shù)值上要稍大些。而變壓器線圈的壓板上有一匝感應電勢，因此產(chǎn)氣數(shù)率在故障變壓器有負載時增大，空載時降低。

(2)壓板設計不合理

用鐵壓板固定繞組本身就存在著隱患。首先鐵壓板除了固定繞組外，并沒有其它電氣作用。壓板在變壓器運行中由于受到電磁感應產(chǎn)生懸浮電位，必須用接地片連接。其次，固定壓板的壓釘擰得再緊也不能保證壓釘在長期電磁振動中永遠堅固不松動。因此，壓板一但發(fā)生移動就會有碰到鐵芯的危險。

4 處理方法

首先松開緊固壓釘?shù)穆菽?，然后松開壓釘，移動壓板，使壓板的內(nèi)側(cè)與鐵芯之間的距離保持均勻。最后擰緊壓釘，再擰緊壓釘上的螺母，處理結(jié)束。

5 改進建議

(1)在壓板與鐵芯之間加入2～3mm厚的絕緣紙板，圍著鐵芯做成絕緣紙筒。紙筒的接縫處用白布帶固定，如圖2所示。絕緣紙板的寬度可根據(jù)實際情況確定，以能擋住壓板為準。絕緣紙板在油中起隔板的作用，而油又填充了紙板中的空隙，耐電壓強度非常高。即使以后壓板與鐵芯又靠在一起，可是中間有層絕緣紙板，它們之間的放電現(xiàn)象就不會發(fā)生。此種方法即簡單又經(jīng)濟可靠。

圖2 鐵芯的固定示意圖

圖3 壓板的處理意

(2)如果壓板的材質(zhì)改用其它有一定機械強度的非金屬絕緣材質(zhì)代替。而且在壓釘頂?shù)綁喊宓奈恢米鰝€比壓釘直徑略粗一點的定位坑，如圖3所示。那么壓板的位置既不會移動，也不用接地片連接了。同時建議生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)變壓器時，直接用非金屬板代替金屬壓板，以免給用戶帶來不必要的損失。

［1］ 中國電力行業(yè)標準《變壓器油中溶解氣體分析和判斷導則》［S］.中國國家經(jīng)濟貿(mào)易委員會發(fā)布.

［2］ 中國電力行業(yè)標準《電力設備預防性試驗規(guī)程》［S］.中國電力工業(yè)部發(fā)布.